Transport in vasculaire planten

Vorm en functie planten

Transport in vasculaire planten
Campbell and Reece Unit 6; Hoofdstuk 36
Fysische wetten voor transport
De rol van de wortel
De rol van het xyleem
De rol van stomata
De rol van het floeem
Transport:
Fysische wetten voor transport
transport gebeurt op drie niveau’s:
Transport van water en opgeloste stoffen in individuele cellen
Korte afstand transport van stoffen tussen cellen
Lange afstand transport in xyleem en floeem
Transport:
Fysische wetten voor transport
PASSIEF
Transport:
Fysische wetten voor transport
selectieve permeabiliteit van membranen
Transport:
Fysische wetten voor transport
selectieve permeabiliteit van membranen
Transport:
Fysische wetten voor transport
selectieve permeabiliteit van membranen
Transport:
Fysische wetten voor transport
PASSIEF
Transport:
Fysische wetten voor transport
actief transport
actief transport
Transport:
Fysische wetten voor transport
passief transport actief transport
Transport:
Fysische wetten voor transport
PASSIEF
Transport:
Fysische wetten voor transport
Transport:
Fysische wetten voor transport
Protonpompen hebben een centrale rol
gebruiken energie (ATP) om H+ uit de cel te pompen
intracellulair extracellulair
cytoplasma
Transport:
Fysische wetten voor transport
Verschil in waterpotentiaal ψ

waterbalans van de plant moet in evenwicht zijn:
osmose (passief)


dierlijke cel


plantencel
ψs = osmotische potentiaal
ψs + ψp
= drukpotentiaal
ψs zuiver water
= 0 MPa
in aanwezigheid van opgeloste stoffen + of - ?
opgeloste stoffen binden aan vrije watermoleculen en verhinderen de capaciteit van het water om werkzaam te zijn
- x MPa
Transport:
Fysische wetten voor transport
dierlijke cel


plantencel
ψs = osmotische potentiaal
ψs + ψp
= drukpotentiaal
ψs zuiver water
ψs = 0 MPa
in aanwezigheid van opgeloste stoffen + of - ?
opgeloste stoffen binden aan vrije watermoleculen en verhinderen de capaciteit van het water om werkzaam te zijn
ψs = – x MPa
ψp drukpotentiaal = fysische druk op een oplossing
ψp = + MPa ? ψp = – MPa ?
xyleemvaten : dood en levend materiaal
dode cellen bij transpiratie: ψs = – x MPa
levende cellen: ψs = + x MPa
turgordruk
Transport:
Fysische wetten voor transport
dierlijke cel


plantencel
ψs = osmotische potentiaal
ψs + ψp
= drukpotentiaal
ψs zuiver water
ψs = 0 MPa
water loopt steeds van een hoge potentiaal naar een lagere potentiaal
Transport:
Fysische wetten voor transport
dierlijke cel


plantencel
ψs = osmotische potentiaal
ψs + ψp
= drukpotentiaal
ψs zuiver water
ψs = 0 MPa
water loopt steeds van een hoge potentiaal naar een lagere potentiaal
plasmolyse
turgor
Transport:
Fysische wetten voor transport
dierlijke cel


plantencel
ψs = osmotische potentiaal
ψs + ψp
= drukpotentiaal
ψs zuiver water
ψs = 0 MPa
water loopt steeds van een hoge potentiaal naar een lagere potentiaal
plasmolyse
turgor
Transport:
Fysische wetten voor transport
transport gebeurt op drie niveau’s:
Transport van water en opgeloste stoffen in individuele cellen
Korte afstand transport van stoffen tussen cellen
Lange afstand transport in xyleem en floeem
Waterpotentiaal = kracht die water doet bewegen tussen cellen


hoe geraken deze watermoleculen door de membraan

bepalen snelheid van transport
Transport:
Fysische wetten voor transport
Compartimentalisatie van de plantencel:

cytoplasma (cytosol+intracellulaire organellen)
vacuole + tonoplast
plasmamembraan
celwand

plasmodesmata
extracellulaire ruimte
1+3+5 = symplast
4+6 = apoplast
Transport:
Fysische wetten voor transport
transport gebeurt op drie niveau’s:
Transport van water en opgeloste stoffen in individuele cellen
Korte afstand transport van stoffen tussen cellen
Lange afstand transport in xyleem en floeem
Rol van symplast en apoplast is transport ?

symplast-apoplast-symplast
symplast
apoplast


Transport:
Fysische wetten voor transport

symplast-apoplast-symplast
symplast
apoplast


Transport:
Fysische wetten voor transport
transport gebeurt op drie niveau’s:
Transport van water en opgeloste stoffen in individuele cellen
Korte afstand transport van stoffen tussen cellen
Lange afstand transport in xyleem en floeem

cel-cel transport niet efficient voor lange afstand (<100 µm) : te traag

bomen > 100m

Bulk flow = druk-aangedreven beweging van oplossingen
water en opgeloste stoffen
in xyleem via tracheïden en vezels geïnduceerd door transpiratie (- druk)
in floeem via zeefvaten geïnduceerd door opgeloste suikers (+ druk)
Transport:
De rol van de wortel
water en minerale zouten worden initieel opgenomen door de wortel

afgelegde weg binnen de wortel:
wortelepidermis
wortelcortex
vasculaire cilinder van de wortel
tracheïden en vezels
scheut

Transport:
De rol van de wortel
water en minerale zouten worden initieel opgenomen door de wortel

via wortelharen
epidermis permeabel voor water
celwand epidermis hydrofiel
vrij transport doorheen apoplast naar wortelcortex
tijdens dit transport gebeurt opname → symplast

actief transport leidt tot accumulatie van b.v. K
Transport:
De rol van de wortel
water en minerale zouten worden initieel opgenomen door de wortel

via wortelharen
epidermis permeabel voor water
celwand epidermis hydrofiel
vrij transport doorheen apoplast naar wortelcortex
tijdens dit transport gebeurt opname → symplast

actief transport leidt tot accumulatie van b.v. K

Mycorrhizae, symbiotische fungi
mycelium zorgt voor verhoging absorptieoppervlak

verhoogde opname water en nutriënten
Transport:
De rol van de wortel
water en minerale zouten worden initieel opgenomen door de wortel

vrij transport doorheen apoplast naar wortelcortex
tijdens dit transport : selectieve opname door membraan → symplast
water in de apoplast : bereikt de endodermis, een selectieve barrière
water in de symplast : via plasmodesmata naar vasculaire bundel
lijsten van Caspari : een band van suberine, een wasachtig materiaal dat ondoordringbaar is voor water en zouten
werkt bidirectioneel !
Transport:
De rol van de wortel
Transport:
De rol van de wortel
water en minerale zouten worden initieel opgenomen door de wortel

vrij transport doorheen apoplast naar wortelcortex
tijdens dit transport : selectieve opname door membraan → symplast
via plasmodesmata naar vasculaire bundel

opname in tracheïden en vaten van het xyleem
deze cellen hebben geen protoplasma, enkel apoplast
laden naar apoplast
diffusie en actief transport van de mineralen
vrij transport via vaten : lange afstand transport


Transport:
Lange afstand transport van het xyleemsap


water en minerale zouten worden initieel opgenomen door de wortel

transport water en mineralen via xyleemvaten
via geleidingsweefsel (nerven) naar bladoppervlakte
Transpiratie zorgt voor groot vochtverlies
1 mais plant verliest 125L water op een groeiseizoen
75000 planten per hectare
1.25 milj. L water/hectare vochtverlies/groeiseizoen

noodzaak wateropname tegen verwelking
Transpiratie zorgt voor waterflow en aanvoer verse mineralen

Wat is de drijvende kracht, wordt water omhoog geduwd of opgezogen?


Transport:
Lange afstand transport van het xyleemsap


Wat is de drijvende kracht, wordt water omhoog geduwd of opgezogen?

Worteldruk
‘s nachts, weinig transpiratie
wortelcellen nemen ook ‘s nachts water op
endodermis voorkomt terugvloeien van het water
accumulatie van minerale zouten




Transport:
Lange afstand transport van het xyleemsap


Wat is de drijvende kracht, wordt water omhoog geduwd of opgezogen?

Worteldruk
kan water maar enkele meter ophoogduwen
bij zonsopgang wordt transpiratie belangrijker

Transpiratie – cohesie spanning
zuigkracht door negatieve druk
transpiratie = zuigkracht
cohesie via waterstofbruggen = transmissie van de trekkracht over volledige xyleem tot de wortels

Transport:
Lange afstand transport van het xyleemsap


Wat is de drijvende kracht, wordt water omhoog geduwd of opgezogen?

Transpiratie
rol stomata
microscopische sluitbare poriën op de onderzijde van een blad
leiden tot een net van interne luchtkamers voor een optimale blootstelling van de mesofylcellen aan CO2, grondstof voor fotosynthese
lucht in deze ruimte waterverzadigd door water in celwanden
lucht in de atmosfeer heeft lagere vochtigheidsgraad
diffusie en verdamping
Hoe leidt dit tot trekkracht ?

Transport:
Lange afstand transport van het xyleemsap


Wat is de drijvende kracht, wordt water omhoog geduwd of opgezogen?

Transpiratie
rol stomata
diffusie en verdamping
Hoe leidt dit tot trekkracht ?
negatieve druk in de celwand van de mesofylcellen trekt water door xyleem naar boven
waterdraad van water, via xyleem naar nerven, mesofylcellen en celwand mesofylcellen via
adhesie van water aan cellulose microfibrillen en andere hydrofiele celwandcomponenten
evaporatie vanuit dunne waterfilm in de luchtruimten tussen mesofylcellen

Transport:
Lange afstand transport van het xyleemsap


Transport:
Lange afstand transport van het xyleemsap




Transpiratie

contactoppervlakte lucht en water ↑
oppervlaktespanning ↑
negatieve druk wordt nog negatiever


nieuwe watermoleculen worden aangetrokken via cohesiekracht waterstofbrug naastliggende watermolecule
een continue waterfilm is noodzakelijk
waterbeweging : hoge → lage potentiaal

75 cm/min


Transport:
Lange afstand transport van het xyleemsap


Stomata
microscopische sluitbare poriën op de onderzijde van een blad
leiden tot een net van interne luchtkamers voor een optimale blootstelling van de mesofylcellen aan CO2, grondstof voor fotosynthese = sponsmesofyl
opening en sluiting huidmondjes optimaliseren


Transport:
Lange afstand transport van het xyleemsap


Stomata
20000 stomata /cm2
2 sluitcellen

Xyleemtransport



Stomata sluiting
20000 stomata /cm2
2 sluitcellen
opname H2O uit buurcellen
turgordruk ↑
buiging

ligging microfibrillen
regulatie :
via uitwisseling K+
H+ pompen
aquaporines

Xyleemtransport



Stomata opening
20000 stomata /cm2
2 sluitcellen
licht
lage [CO2]
circadiaan ritme

ligging microfibrillen
regulatie :
via uitwisseling K+
H+ pompen
aquaporines

Aanpassingen xerofyten



Floeemtransport



Source-Sink relatie
suikers zijn voornaamste opgeloste stoffen tot 30%
transport van hoge naar lage concentratie
Source = productieplaats van suiker: fotosynthese of afbraak zetmeel
Sink = verbruiker op opslagplaats van suiker

richting transport afhankelijk van source-sink realtie

floeemsap bevat ook mineralen, aminozuren en hormonen


Floeemtransport



Pressure-flow theorie